(中南安全环境技术研究院股份有限公司 武汉 430000)
摘要:随着交通量的增长,部分独柱墩抗倾覆能力不足必须进行加固。文章以桥梁结构抗倾覆验算结果为依据,对独柱墩桥梁加固后各构件分别进行外观质量检查以及结构验算,检查及验算结果表明外观尺寸、漆膜外观质量和附着力均评定为合格。钢板构件、螺栓、化学锚栓及焊缝强度均满足规范要求。
关键词:独柱墩 加固检测 结构验算
近年来,随着经济建设的发展,交通量变大,重载车辆日益增多,桥梁倾覆事件屡有发生。在此背景下为消除桥梁安全隐患,吸取桥梁倾覆事件的教训,各地开展了独柱墩桥梁排查与整治行动。独柱墩加固一般采用设置抗拉拔装置、增设盖梁由中墩支承改为多点支承、增设墩柱或包裹墩柱增加支承点等方法。此项目采用了设置抗拉拔装置加固,为了掌握桥梁加固后的工作状态,验证加固方法的合理性,检查加固施工的工程质量,所以对独柱墩桥梁加固改造完成后检测及结构验算是很有必要的。
1、工程背景
某匝道桥上部结构为C50钢筋混凝土现浇箱梁,下部结构1、4、5号桥墩采用单柱接盖梁形式,2、3号桥墩采用独柱墩,基础采用钻孔灌注桩基础。桥台采用肋板式台,钻孔灌注桩基础,0号~5号桥墩均位于平曲线半径为280m的圆曲线上,6号台位于A=75m的缓和曲线上。单幅桥面宽度7.5m,横向布置为0.5m护栏+6.75m车行道+0.25m栏杆,设计荷载:公路—I级
在特征状态1中作用组合为1.0×永久作用+1.4×(1+μ)汽车荷载+1.5×其他可变作用,由于抗倾覆验算属于极限状态验算,是整体效应验算,应选用车道荷载并考虑冲击系数。特征状态2验算中按作用标准值进行组合所有荷载的分项系数取1.0。经原设计单位验算,结果表明在特征状态1下5#墩支座均出现负反力,特征状态2下抗倾覆安全系数均大于2.5。只有在特征状态1及特征状态2均通过的情况下,桥梁结构抗倾覆验算才能通过,所以管养单位对特征状态1的桥梁进行了加固,使得桥梁加固后抗倾覆满足现行规范的要求
加固方式采用在0、6号台及1、4、5号墩处横向设置两个拉杆,均位于梁底,横向与原支座位置对齐。拉杆上端钢板通过植入化学锚栓方式锚固[[1]]于箱梁底,下端钢板通过植入化学锚栓方式锚固于桥墩、台盖梁。以设计院验算结果作为依据,取最大支反力为297KN来验算钢板、螺栓、锚栓及焊缝强度
图1-1 加固图
2、外观质量
对加固钢板截面尺寸进行了详细的测量,钢板截面尺寸设计值与实测值对比可以看出,钢板截面尺寸最大偏差为3mm,符合《钢结构工程施工质量验收规范》[[2]]中表7.2.1要求。
抗拉拔装置未发现涂层流挂、皱皮、水纹印、起泡、裂纹、起皮、大熔滴、松散粒子、裂纹、掉块、返锈及漏涂等现象;干膜厚度小于设计值的测点数量不超过10%,任意测点的干膜厚度不小于设计值的90%,涂层附着力均不低于1级,满足规范[[3]]要求。
3、构件验算
Q355C钢:抗拉、抗压和抗弯,抗剪;螺栓:抗拉,抗剪;对接焊缝强度:抗拉,抗剪;依据维修加固工程施工图可知,化学锚栓N6抗拔力不低于92KN,化学锚栓N7抗拔力不低于112KN
表3-1材料表
名称 | 规格(mm) | 材质 | 数量 |
钢板N1 | 775×20×300 | Q355C | 40 |
700×20×300 | |||
钢板N2 | 500×40×300 | 20 | |
钢板N3 | 510×20×450 | 20 | |
钢板N4 | 640×20×570 | 20 | |
钢螺栓N5 | φ90 L=270 | 45#钢 | 20 |
化学锚栓N6 | M24×300 | 8.8级 | 320 |
化学锚栓N7 | M27×330 | 120 |
3.1钢板N1验算
(1)钢板N1由2块规格为775×20×300,材质状况为Q355C组成,承受轴向拉力297KN。
(2)钢板N1截面形式及尺寸如下图所示。
图3-1 N1大样图
(3)由《公路钢结构桥梁设计规范》[[4]]中公式5.2.1-1得,钢板N1应力:
(满足要求)
3.2钢板N2验算
(1)钢板N2由1块规格为500×40×300,材质状况为Q355C组成,承受竖向力297KN。
(2)钢板N2截面形式及尺寸如下图所示。
图3-2 N2大样图
(3)由《公路钢结构桥梁设计规范》中公式5.2.2-2得,钢板N2应力:
(满足要求)
3.3钢板N3验算
(1)钢板N3由1块规格为510×20×450,承受轴向拉力297KN。
(2)钢板N3截面形式及尺寸如下图所示。
图3-3 N3大样图
(3)由《公路钢结构桥梁设计规范》中公式5.2.1-1得,钢板N3应力:
(满足要求)
3.4钢板N4验算
(1)钢板N4由1块规格为640×20×570。
(2)钢板N4截面形式及尺寸如下图所示。
图3-4 N4大样图
截面惯性矩
面积矩
(3)由《公路钢结构桥梁设计规范》中公式5.3.1-1、5.3.1-4及6.2.24-2得,钢板N4:
(满足要求)
3.5钢螺栓N5验算
(1)钢螺栓N5规格为φ90 L=270,承受剪力297KN。
(2)由《公路钢结构桥梁设计规范》中公式6.3.9-1得,钢螺栓N5应力:
(满足要求)
3.6化学锚栓N6验算
(1)化学锚栓N6规格为M24×300,承受剪力,拉力。
(2)由《公路钢结构桥梁设计规范》中公式6.3.9-2、6.3.9-8得,锚栓N6:
(满足要求)
3.7化学锚栓N7验算
(1)化学锚栓N7规格为M27×330,承受拉力N=297KN。
(2)由《公路钢结构桥梁设计规范》中公式6.3.9-4得,锚栓N7拉力:
(满足要求)
3.8钢板N1与钢板N3焊缝验算
(1)钢板N1与钢板N3焊缝为T型对接焊缝,焊缝长度l=288mm,焊缝计算厚度t=20mm,承受轴向拉力297KN。
(2)钢板N1与钢板N3焊缝形式如下图所示。
图3-5 T型对接焊缝
(3)由《公路钢结构桥梁设计规范》中公式6.2.24-1得,焊缝应力:
(满足要求)
3.9钢板N2与钢板N4焊缝验算
(1)钢板N2与钢板N4焊缝为T型对接焊缝,焊缝长度l=284mm,焊缝计算厚度t=40mm。
(2)钢板N2与钢板N4焊缝形式如下图所示。
图3-6 T型对接焊缝
截面惯性矩
面积矩
(3)由《公路钢结构桥梁设计规范》中公式5.3.1-1、5.3.1-4及6.2.24-2得,焊缝应力:
(满足要求)
4、结语
抗倾覆验算决定了桥梁是否需要进行加固来保证运营的结构安全性,经过对加固后桥梁的检测与验算,是对构件质量、施工质量以及实际工作状态的检验,同时也验证了加固方法的合理性与可靠性。采用抗拉拔装置对独柱墩加固优点是构造相对简单,施工较为方便,缺点是活载工况下装置受力较大,仅作为安全储备。对独柱墩桥梁加固提高了了旧桥的承载能力和通行能力,在日常养护中,养护管养单位应加强巡查,及时进行小修保养工作。对独柱墩处与上部承重构件结合部位重点检查,对焊缝及螺栓处定期检查维护。
参考文献:
[[1]]JTG/T J23-2008公路桥梁加固施工技术规范[S]
[2] GB 50205-2020 钢结构工程施工质量验收规范[S]
[3]GB/T 9286-2021 色漆和清漆 划格试验[S]
[4]JTG D64-2015公路钢结构桥梁设计规范[S]